CN215576208U - 一种集成化轨道巡检机器人控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种集成化轨道巡检机器人控制器。该控制系统包含：中央控制器，用于对巡检过程中轨道数据的读取、监查和控制；里程计，可通讯地连接于中央控制器，用于获取巡检机器人行驶里程；动力单元，可通讯地连接于中央控制器，作为巡检机器人的供电装置；电机控制单元，可通讯地连接于中央控制器，用于控制电机的运行；以及刹车控制单元。本实用新型通过中央控制器完成其他单元数据的读取、检查和控制，该控制系统能够获取机器人运动状态，实现巡检机器人的行车控制。

Description

一种集成化轨道巡检机器人控制器

技术领域

本实用新型涉及轨道巡检技术领域，具体涉及一种集成化轨道巡检机器人控制器。

背景技术

现有技术中巡检机器人控制器组成复杂：采用基于PLC的架构，需要处理器模块、IO模块、外设模块、网络路由器模块等，存在设备体积大、成本高、系统集合臃肿等问题，难以满足轨道巡检机器人轻量化、小型化、集成化设计需求。

实用新型内容

为解决背景技术中的问题，本实用新型提供了一种集成化轨道巡检机器人。具备丰富硬件接口，满足巡检车辆控制，监查需求，将车辆的内部总线网络与外部互联网无缝连接起来，便于故障判断、外部管理和大数据分析，同时为车辆的智能控制提供外部信息。充分调研巡检机器人控制需求，将较为分散的模块接口或模块集合到嵌入式控制板卡中，提高电磁兼容性，降低了设备成本，集成度得到大大提高。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种集成化轨道巡检机器人控制器，其特征在于，包括处理器、通用IO接口、无线通讯模块、GPS定位模块和RFID信标模块；

其中，处理器为基于SOC芯片的嵌入式系统，SOC芯片包含1个FPGA和n个处理器，FPGA与处理器通过片上总线连接，n的取值范围为1-4；

通用IO接口连接到SOC芯片的FPGA上，用于采集外界信号、输出相关控制信号；

无线通讯模块，用于机器人控制器无线通讯；

GPS定位模块，用于机器人经纬度定位信息获取；

RFID信标模块为RFID阅读器，用于读取轨道上预先设置的RFID标签，根据RFID标签信息，对机器人行驶里程进行累积误差修正。

进一步地，所述无线通讯模块、GPS定位模块和RFID信标模块，通讯地与SOC芯片连接，通讯接口包括：USB、RS232、IIC、RS485。

进一步地，还包括配置于所述SOC芯片的以太网接口，用于连接以太网设备，所述以太网设备包含巡检机器人的数据处理计算机。

进一步地，还包括配置于所述FPGA芯片的AB相解算接口，用于连接增量式编码器，实现巡检机器人行驶里程计数。

进一步地，采用SOC芯片模拟路由器功能，将数据处理计算机通过SOC芯片间接连接到无线通讯模块，实现巡检机器人数据处理计算机无线通讯。

进一步地，还至少包括1个以下配置于所述SOC芯片接口：

以太网接口，连接外部网络设备，做数据采集或转发接口；

USB接口，连接4G模块和GPS，并可外接USB等大容量存储设备连接；

隔离输入接口，可实现0-12V电输入适配；

功率输出接口，驱动电流为2A，可直接驱动大功率灯光设备；

通用输入输出接口；

RS485接口，适配于RS485总线的设备，适配MODBUSRTU协议；

CAN总线接口，用于连接机器人动力电机、动力电池设备；

ADC接口，用于连接外部传感器；

SD卡接口，用于存储数据或系统文件；

多功能扩展接口，可定制化地完成用户扩展功能开发。

本实用新型具有的效果有：

1)本实用新型以具有FPGA+处理器架构的控制器主体，将较为分散的接口和模块集合到嵌入式控制板卡中，并实现设备外网访问、多监控接口为一体的巡检机器人控制器，提高了系统电磁兼容性，降低了设备成本，集成度和稳定性得到大大提高，此控制器采用嵌入式实时操作系统，可扩展性强，移植性高。

2)本实用新型采用异构平台，囊括了FPGA和处理器，控制器电路上充分考虑电气隔离，并设计丰富的外围设备接口，兼容以太网，SD卡，RS232，RS485,CAN，ADC，USB，通用GPIO，带驱动能力的输出控制接口，满足机器人控制要求，适用于多种环境，多种需求的应用开发。

3)本实用新型完成内部隔离，驱动电流可达2A，可适配极大多数巡检车辆控制系统开发，可根据外部设备类型，结合程序编码，完成适配功能，整个系统耦合性强，扩展性高。

附图说明

图1为本实用新型的集成化轨道巡检机器人控制器的结构示意图。

具体实施方式

为更好的理解本发明的技术方案，下面将结合图1和实施例对本实用新型的技术方案作进一步说明。实现本发明的方式包括但不仅限于以下实施例，以下实施例用于说明本发明，但不用来限定本发明的保护范围。若未特别指明，实施例中所用技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。下述实施例中的试验方法，如无特别说明，均为常规方法。

实施例1

如图1所示，一种集成化轨道巡检机器人控制器，包括控制器主体、4G模块、GPS定位模块和RFID信标模块；其中，控制器主体为SOC芯片，包含通过片内总线连接的FPGA和处理器；4G模块，用于完成路由转发功能；GPS定位模块，用于实时读取巡检机器人的经纬度信息；RFID信标模块，与轨道上的RFID标签相配合，获取巡检机器人的位置信息。GPS定位模块与RFID信标模块的数据融合处理，得到准确的设备位置信息。

更具体地，所述4G模块为控制器主体自带，使用USB接口与控制器主体连接，可完成路由转发功能，车载工控机等以太网设备可通过以太网连接控制器方式完成外网访问。

实施例2

在实施例1的基础上，还搭建基于嵌入式前后台的处理软件，设计包括CAN总线接口，RS485接口，RS232接口，隔离输入接口，功率输出接口，通用输入输出接口、ADC接口、SD卡接口，还增加以太网和USB接口，完成4G模块的集成并实现机器人外网连接功能；CAN总线用于伺服电机控制器通信，RS4885总线用于电源设备通信，功率GPIO口用于灯光，电磁刹车等设备驱动。

此集成化轨道巡检机器人控制器采用嵌入式实时操作系统，基于嵌入式的实时操作系统可以是Linux系统，也可以是RTLinux系统。

实施例3

在实施例1的基础上，所述控制器主体也可换为Xilinx的Zynq异构多核平台，软件上搭建基于嵌入式的实时操作系统。设计增加GPS定位模块和RFID阅读器模块，可完成车辆定位功能。

以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，但本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种集成化轨道巡检机器人控制器，其特征在于，包括处理器、通用IO接口、无线通讯模块、GPS定位模块和RFID信标模块；

其中，处理器为基于SOC芯片的嵌入式系统，SOC芯片包含1个FPGA和n个处理器，FPGA与处理器通过片上总线连接，n的取值范围为1-4；

通用IO接口连接到SOC芯片的FPGA上，用于采集外界信号、输出相关控制信号；

无线通讯模块，用于机器人控制器无线通讯；

GPS定位模块，用于机器人经纬度定位信息获取；

RFID信标模块为RFID阅读器，用于读取轨道上预先设置的RFID标签，根据RFID标签信息，对机器人行驶里程进行累积误差修正。

2.如权利要求1所述的集成化轨道巡检机器人控制器，其特征在于，所述无线通讯模块、GPS定位模块和RFID信标模块，通讯地与SOC芯片连接，通讯接口包括：USB、RS232、IIC、RS485。

3.如权利要求1或2所述的集成化轨道巡检机器人控制器，其特征在于，还包括配置于所述SOC芯片的以太网接口，用于连接以太网设备。

4.如权利要求3所述的集成化轨道巡检机器人控制器，其特征在于，所述以太网设备包含巡检机器人的数据处理计算机。

5.如权利要求1或2所述的集成化轨道巡检机器人控制器，其特征在于，还包括配置于所述FPGA芯片的AB相解算接口，用于连接增量式编码器，实现巡检机器人行驶里程计数。

6.如权利要求1或4所述的集成化轨道巡检机器人控制器，其特征在于，采用SOC芯片模拟路由器功能，将数据处理计算机通过SOC芯片间接连接到无线通讯模块，实现巡检机器人数据处理计算机无线通讯。

7.如权利要求1或2所述的集成化轨道巡检机器人控制器，其特征在于，还至少包括1个以下配置于所述SOC芯片接口：

以太网接口，连接外部网络设备，做数据采集或转发接口；

USB接口，连接4G模块和GPS，并可外接USB大容量存储设备；

隔离输入接口，可实现0-12V电输入适配；

功率输出接口，驱动电流为2A，可直接驱动大功率灯光设备；

通用输入输出接口；

RS485接口，适配于RS485总线的设备，适配MODBUSRTU协议；

CAN总线接口，用于连接机器人动力电机、动力电池设备；

ADC接口，用于连接外部传感器；

SD卡接口，用于存储数据或系统文件；

多功能扩展接口，可定制化地完成用户扩展功能开发。

Images